SMTLED封裝用固晶膠的失效分析

0前言

SMTLED(表面貼裝發(fā)光二極管)是一種新型的 表面貼裝式半導(dǎo)體發(fā)光器件，廣泛用于手機(jī)、筆記本電腦、大型廣告顯示屏、家電及汽車儀表盤等背光顯示、指示等，近年來得到了快速的發(fā)展[1]。自2006年 7月起全面實(shí)施RoHS(關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制 使用某些有害物質(zhì)指令)以來，在LED(發(fā)光二極管)封裝中采用無(wú)鉛高溫回流焊技術(shù)的背景下[2]，由于SMT的半包封裝結(jié)構(gòu)和所用材料耐高溫性能的局限性，導(dǎo)致SMT在無(wú)鉛高溫回流焊后出現(xiàn)電性不良增加、可靠性下降等現(xiàn)象，并且已成為目前LED在無(wú)鉛高溫回流焊技術(shù)背景下急需突破的一大難題。本文作者通過多年的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)SMT電性不良的客戶投訴資料進(jìn)行詳細(xì)的失效分析和驗(yàn)證后認(rèn)為：大多數(shù)電性不良都與導(dǎo)電膠的材質(zhì)和操作使用不當(dāng)有關(guān);導(dǎo)電膠在SMT封裝中的作用是非常重要的，也是目前工藝條件下直接導(dǎo)致SMT可靠性下降的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，選用合適的導(dǎo)電膠材質(zhì)，改善導(dǎo)電膠的操作使用步驟，是目前提升SMT可靠性的有效方法和途徑。

1 導(dǎo)電膠在SMT封裝中的失效現(xiàn)象

1.1 電性不良的客戶投訴資料統(tǒng)計(jì)分析

2005年～2007年，某公司SMT電性不良客戶投 訴資料統(tǒng)計(jì)(年產(chǎn)量基本相同)，如表1所示。

由表1可知：2005年生產(chǎn)的SMT，其可靠性可基本滿足有鉛焊接工藝的需求;2006年電性不良客戶投訴次數(shù)猛增至3倍左右;2007年電性不良客戶投訴次數(shù)約為2005年的2倍。究其原因主要是 2006年7月起歐盟推行了RoHS，SMTLED的客戶 都在此期限前實(shí)施了無(wú)鉛回流焊技術(shù)，回流焊的最高溫度從220℃(有鉛)上升至260℃(無(wú)鉛);死燈、壓亮等電性不良客戶投訴次數(shù)大量增加，表明SMT可靠性不能滿足無(wú)鉛工藝的需求，必須對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)還必須考慮到提高原有物料的耐高溫性能。

1.2電性不良的溶膠試驗(yàn)分析

通過對(duì)3年客戶投訴資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及對(duì) 不良品進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)：表1所示的四種不良電性現(xiàn)象，除脫膠外其它三種都與導(dǎo)電銀膠的材質(zhì)選用和操作使用有關(guān)，即從生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了導(dǎo)電銀膠在SMT封裝中的重要性，也是目前工藝條件下直接導(dǎo)致SMT可靠性下降的一個(gè)主要因素。

(1)死燈主要是由于固晶操作不當(dāng)造成碎晶或?qū)щ娔z過多，使Ir(前向電流)過高而短路，從而發(fā)生不良現(xiàn)象。 (2)壓亮主要是由于芯片和印刷線路板(PCB)粘接(導(dǎo)電膠)失效、焊線虛焊造成開路所致。

(3)色差主要是由于操作、環(huán)境等因素造成導(dǎo)電膠輕微失效，從而出現(xiàn)分層、不均和空洞等現(xiàn)象;或點(diǎn)膠過厚、過多造成導(dǎo)電膠分層，從而發(fā)生Vf(反向電壓)升高、熱阻增大等電性漂移等不良現(xiàn)象。

(4)脫膠主要是由于環(huán)氧樹脂(EP)膠粘劑的粘接力不夠，或壓模操作時(shí)噴灑離模劑過多所致。2006年下半年進(jìn)行耐高溫膠餅的試驗(yàn)，2007年全面采用新型耐高溫EP膠餅，改進(jìn)離模劑的噴灑方法，則脫膠不良現(xiàn)象得到有效改善。

　　1.3導(dǎo)電膠粘接失效機(jī)理探討

1.3.1 工藝缺陷

在導(dǎo)電膠粘接過程中會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)濕不良、粘接界 面存在氣泡、粘接界面太薄以及粘接未對(duì)準(zhǔn)等工藝缺陷。此類工藝缺陷將直接導(dǎo)致裂縫的形成，繼而裂縫擴(kuò)大并最終造成粘接失效。

具體實(shí)例：

①自動(dòng)機(jī)點(diǎn)膠對(duì)位不正，造成導(dǎo)電膠相連，從而發(fā)生PCB正負(fù)極短路(見圖1);

②點(diǎn)膠工藝施工過程中，導(dǎo)電膠過多，致使導(dǎo)電膠高度超過1/3芯片高，從而發(fā)生導(dǎo)電膠爬膠與電極短路等現(xiàn)象(見圖2);

③點(diǎn)膠正常，固晶嚴(yán)重偏移，造成芯片底部導(dǎo)電膠不均，從而發(fā)生開路現(xiàn)象;

④固晶時(shí)吸嘴壓力選擇不當(dāng)造成浮晶，芯片底部銀膠過厚，致使熱阻增大而引起 Vf升高。